JP3544864B2 - ブラシレスモータの駆動制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３相のブラシレスモータの駆動制御装置に関するものであり、特に、ロータとステータの相対位置を検出する単一の位置検出素子の検出出力に基づき、駆動用の３相１２０度スイッチング通電を実現可能なブラシレスモータの駆動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
３相のブラシレスモータの駆動制御方式としては３相１２０度スイッチング通電方式が知られている。この方式では、３個の磁気センサ、一般には、３個のホール素子を用いて、３相の駆動コイルを備えたステータと複数の磁極を備えたロータの間の相対回転位置を検出し、検出結果に基づき、各相の駆動コイルに対する駆動電流の切り換え制御を行っている。一般に、駆動コイルに対する通電切り換えを行うためには、駆動コイルの相数に対応した個数、すなわち３個のホール素子が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ホール素子の個数を減らすことができれば、その分、モータコストを低減できるという利点が得られる。すなわち、ホール素子の個数が減ると、その分コストを削減でき、また、ブラシレスモータの駆動制御回路が組み込まれた駆動ＩＣとホール素子との間の配線数が減るので、それによっても、配線コストが下がる。更に、ホール素子の個数が減ると、駆動ＩＣのホール素子入力ピン数が少なくて済むので、ＩＣパッケージコストも下がる。これに加えて、ホール素子の個数が減ると、ホールバイアス電流を低減でき、それにより消費電力も少なくて済む。
【０００４】
この点に鑑みて、本願人は先に、特願平１０−５２１６号において、単一のホール素子のみを用いて、３相のブラシレスモータを３相１２０度通電方式により駆動可能な駆動制御装置を提案している。
【０００５】
この駆動制御装置では、単一のホール素子からの略正弦波状のホール信号のゼロクロス点で論理レベルが反転する第１のタイミング信号を形成している。また、ホール信号を、コンデンサの充放電速度比を２：１としたコンデンサの充放電電流と比較することにより、ホール信号のゼロクロス点から正負６０度付近で論理レベルが反転する矩形波信号を形成している。更に、この矩形波信号と第１のタイミング信号を用いて、当該第１のタイミング信号に対して位相が６０度、２４０度ずれた第２および第３のタイミング信号を形成し、このようにして得られた３種類のタイミング信号を用いて３相１２０度通電方式を実現している。
【０００６】
また、前記矩形波信号における６０度、１２０度での論理反転のタイミングを得やすくするために、ホール信号に対して、３倍の周波数を有する周波数信号（ＦＧ信号）を重畳して得られる合成波信号を利用する方法も提案している。
【０００７】
ここで、このように構成したブラシレスモータの駆動制御装置においては、次のような改善すべき点がある。
【０００８】
第１に、モータ駆動タイミングとしては、単一のホール素子からのホール信号に基づく０度と１８０度のタイミングと、コンデンサを用いて形成した６０、１２０、２４０、および３００度のタイミングを採用している。しかしながら、ホール素子と、ＦＧ信号検出用の検出素子が、例えばモータ作成時に相互に位置ずれした状態で組付けられた場合には、それぞれの信号のゼロクロス点のタイミングがずれてしまう。この結果、トルク不足が発生したり、ＩＳＶ特性（Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ Ｓｐｅｅｄ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ：瞬時の速度変動）が悪化するといった弊害が発生するおそれがある。また、例えば、これらの検出素子から得られる信号のタイミングがモータ作成時には合っている場合においても、例えば、モータ回転中に負荷変動があると、それに伴って発生するモータ磁界の変動の影響がホール素子の出力に及び、双方の検出素子から得られる信号のタイミングがずれ、この結果、同様な弊害が発生するおそれがある。
【０００９】
第２に、ホール信号とＦＧ信号を合成することにより、６０度、１２０度、２４０度および３００度のタイミングを得やすくなっている。しかしながら、ホール信号の振幅、ＦＧ信号の振幅、双方の信号の位相関係等が相互に影響し合って、意図しないタイミングで信号波形が増長される場合がある。この場合、このような波形の合成波信号をコンデンサの充放電電流と比較することにより得られる６０、１２０、２４０、および３００度のタイミングには狂いが発生し、１２０度スイッチング通電による駆動が誤タイミングで行われる。この結果、モータがハンチングを起こす等の弊害が発生してしまう。
【００１０】
本発明の課題は、駆動タイミングにずれが生ずること無く、単一の位置検出素子を用いて３相の１２０度スイッチング通電方式を実現可能なブラシレスモータの駆動制御装置を提案することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、単一の位置検出素子から得られるロータ回転位置に対応する略正弦波状の位置検出信号に基づき、ステータとロータの相対的位置関係に応じた３相の第１乃至第３のタイミング信号を生成し、これらのタイミング信号に基づき３相の１２０度スイッチング通電を行うブラシレスモータの駆動制御装置であって：前記ロータの回転に伴って前記位置検出信号の３倍の周期で略正弦波状の周波数信号を発生する周波数発生手段と；前記位置検出信号のゼロクロス点ａ（ｎ）（ｎ：正の整数）で論理レベルが反転する前記第１のタイミング信号を生成する第１のタイミング信号生成回路と；前記位置検出信号のゼロクロス点から正負６０度付近で論理レベルが反転する矩形波信号を生成する矩形波信号生成回路と；当該矩形波信号と前記第１のタイミング信号に基づき、当該第１のタイミング信号に対して、それぞれ６０度および２４０度位相がずれた前記第２および第３のタイミング信号を生成する第２のタイミング信号生成回路とを有し；前記第１のタイミング信号生成回路は、前記位置検出信号のゼロクロス点ａ（ｎ）と前記周波数信号における対応するゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）との間にずれがある場合には、前記第１のタイミング信号の論理レベルが反転時点を当該周波数信号のゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）に一致させるタイミング補正を行うことを特徴としている。
【００１２】
ここで、かかるタイミング補正を、周波数信号が適正な状態で継続して発生している場合にのみ行うためには、位置検出信号のゼロクロス点に対応する周波数信号のゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）よりも１個手前の当該周波数信号のゼロクロス点ｂ（３ｎ−４）が存在するか否かを判別し、存在する場合にのみ、前記のタイミング補正を行えばよい。タイミング補正が行われない場合には、位置検出信号のゼロクロス点で論理レベルが反転する前記第１のタイミング信号がそのまま利用されることになる。
【００１３】
このように、本発明では、位置検出信号と周波数信号の間に位置ずれが発生したとしても、モータ駆動タイミングを適正状態に保持できるので、トルク不足、ＩＳＶ特性の悪化等を回避できる。
【００１４】
次に、本発明のブラシレスモータの駆動制御装置は、上記の構成に加えて、前記位置検出信号と前記周波数信号を重畳して得られる合成波信号に対し、前記位置検出信号におけるゼロクロス点の前後６０度の区間をマスキングする合成波信号マスキング回路を有し、前記矩形波信号生成回路は、マスキングされた後の前記合成波信号に基づき前記矩形波信号を生成することを特徴としている。
【００１５】
この構成によれば、位置検出信号と周波数信号の間の位相ずれ等に起因して、それらの合成波信号における意図しないタイミングの波形が増長された場合においても、そのような部分の波形がマスキングされる。よって、常に適正なタイミングでモータを駆動できる。
【００１６】
ここにおいて、前記の位置検出素子としては、前記ロータに形成した駆動用着磁部の磁界の変化を検出して正負一対の略正弦波状の前記位置検出信号を出力するホール素子を採用することができる。
【００１７】
また、前記の周波数発生手段としては、前記ロータに形成された信号用着磁部と、前記ステータに形成された周波数検出器とを有し、前記信号用着磁部が、前記駆動用着磁部の磁極の３倍の磁極が形成された信号用着磁部を備え、前記周波数検出器が、前記信号用着磁部による磁界の変化を検出する構成のものを採用することができる。
【００１８】
さらに、前記矩形波信号生成回路は、信号合成回路と、全波整流器と、ヒステリシスコンパレータと、電圧電流変換器と、コンデンサとを備えた構成とすることができる。この場合、前記信号合成回路は、前記位置検出信号に前記周波数信号を重畳して前記合成波信号を形成するものである。前記全波整流器は前記合成波信号を全波整流して全波整流信号を生成するものである。前記電圧電流変換器は、前記ヒステリシスコンパレータから出力される前記第２の矩形波信号の論理レベルの反転に基づき、前記コンデンサの充放電動作を切り換えるものであり、前記コンデンサの充放電動作によって比較信号が生成され、前記ヒステリシスコンパレータにより、前記全波整流信号が前記比較信号と比較されて、前記矩形波信号が出力される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したＦＤＤスピンドル駆動用のブラシレスモータを説明する。
【００２０】
（全体構成）
図１には、本例のＦＤＤスピンド駆動用のブラシレスモータの全体構成を示してある。本例のブラシレスモータ１は３相の１２０度スイッチング通電方式により駆動されるものである。このブラシレスモータ１は、回路基板２の側に固定されたステータアセンブリ３と、このステータアセンブリ３に対して回転自在に支持されたロータアセンブリ４から構成されている。
【００２１】
ステータアセンブリ３は、回路基板２に固着した円筒状の軸受け３１と、この軸受け３１の外周に取り付けたステータコア３２と、このステータコア３２に形成した複数の突極に巻き付けた３相の駆動コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗ（図においては駆動コイルＬｕのみを示す。）を備えている。これに対して、ロータアセンブリ４は、軸受け３１の内周面に形成した軸受け面を介して当該軸受けに対して回転自在に支持されたロータシャフト４１と、このロータシャフト４１に固着したカップ状のロータケース４２と、このロータケース４２の周壁の内周面に固着したリング状のロータマグネット４３とを備えている。ロータケース４２の円形の上端壁はＦＤＤ載置面４２ａとされており、ここには、ＦＤＤの側に係合可能な駆動ピン４４が設置されている。
【００２２】
ロータマグネット４３の基板側の環状端面に対峙している基板部分には、磁極センサとして、単一のホール素子Ｈｕが固定配置されている。このホール素子Ｈｕからはほぼ正弦波状の正負のホール信号ｕ＋、ｕ−が発生する。また、基板表面には、モータ駆動制御回路が組み込まれた駆動ＩＣ５が搭載されている。
【００２３】
ここで、図２には、ステータコア３２とロータマグネット４３とホール素子Ｈｕを平面上に展開して示してある。この図から分かるように、ロータマグネット４３には、駆動用着磁部４３ａに加えて、当該着磁部の磁極の３倍の磁極を備えた信号用着磁部（ＦＧ用磁極）４３ｂが形成されている。この信号用着磁部４３ｂに対峙している基板表面には発電（ＦＧ）パターン１２が形成されている。この発電パターン１２は、ロータマグネット４３の回転に伴なう信号用着磁部４３ｂからの回転磁界の影響を受けて、ホール信号の３倍の周波数のほぼ正弦波状の周波数信号ＦＧを発生する。
【００２４】
（駆動制御装置）
図３は、上記構成のブラシレスモータ１を３相１２０度スイッチング通電方式により駆動するための駆動制御装置の回路ブロック図、図４は、図３に示す信号生成手段の回路ブロック図である。また、図５〜図７は、当該駆動制御装置の各部分の動作を示すタイミングチャートである。
【００２５】
まず、図３に示すように、本例の駆動制御装置１０の全体構成は一般的な３相１２０度通電方式のものと同様であり、ホール素子Ｈｕおよび周波数信号ＦＧに基づき、ロータマグネット４３の回転に伴う３相の第１乃至第３のタイミング信号（ｄ，ｄ’，ｊ）を生成する信号生成手段２０と、第１ないし第３のタイミング信号（ｄ，ｄ’, ｊ）に基づき、３相の１２０度スイッチング通電信号（Ｄ１〜Ｄ６）を合成する信号合成回路３０と、３相の１２０度スイッチング通電信号（Ｄ１〜Ｄ６）に基づき３相の駆動コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗを通電制御する駆動回路４０とを有している。
【００２６】
ホール素子Ｈｕは公知のように、ロータマグネット４３の回転に伴って生ずる磁極の変化に基づいて、検出信号として、略正弦波状の正負一対の検出信号（ｕ＋，ｕ−）を出力する。また、上記のように、ＦＧパターン１２はロータマグネット４３の回転に伴なう信号用着磁部４３ｂからの回転磁界の影響を受けて、ホール信号の３倍の周波数のほぼ正弦波状の周波数信号ＦＧを出力する。
【００２７】
本例の駆動制御装置１０の特徴は、信号生成手段２０において、単一のホール素子Ｈｕから得られるホール信号（ｕ＋、ｕ−）に基づき第１ないし第３のタイミング信号（ｄ，ｄ’，ｊ）を生成している点と、ホール信号のゼロクロス点ａ（ｎ）（ｎ：正の整数）をＦＧパターン１２から得られる周波数信号ＦＧの対応するゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）に一致させるタイミング補正（正規化）を行う点と、第２および第３のタイミング信号（ｄ，ｄ’）を形成するための基礎となるホール信号と周波数信号ＦＧの合成波信号Ａのうちの不要な部分をマスキングしている点である。
【００２８】
図４〜図６を参照して説明すると、この信号生成手段２０は、単一のホール素子Ｈｕ（位置検出素子）からのホール信号（ｕ＋、ｕ−）に基づき第１の矩形波信号（ａ）を生成する第１の矩形波信号生成回路としての比較器Ｃ１と、第２、第３のタイミング信号（ｄ，ｄ’）を生成するための基準となる第２の矩形波信号（ｃ）を生成する第２の矩形波信号生成回路２１とを有している。また、第１および第２の矩形波信号（ａ，ｃ）に基づき第１のタイミング信号（ｊ）を生成する第１のタイミング信号生成回路２２と、第２の矩形波信号（ｃ）に基づき第２および第３のタイミング信号（ｄ，ｄ’）を生成する第２のタイミング信号生成回路としてのＤ型フリップフロップＦ１とを有している。さらには、ホール信号（ｕ＋，ｕ−）、周波数信号ＦＧおよび第２の矩形波信号（ｃ）に基づき、ホール信号と周波数信号の合成波信号の所定区間をマスキングするための合成波信号マスキング回路２３を有している。
【００２９】
信号生成手段２０を構成している上記の各回路部分について詳細に説明する。まず、第１の矩形波生成回路としての比較器Ｃ１は、ホール素子Ｈｕの検出信号（ｕ＋，ｕ−）のゼロクロス点の発生タイミングに基づき、第１の矩形波信号（ａ）を生成する。すなわち、正負一対の位置検出信号（ｕ＋，ｕ−）を相互に比較して、略１８０度周期で論理レベルが反転する第１の矩形波信号（ａ）を出力する。
【００３０】
第２の矩形波信号生成回路２１は、位置検出信号（ｕ＋，ｕ−）のゼロクロス点間をほぼ３等分する２点で論理レベルが反転する矩形波信号（ｃ）を生成するものである。本例の第２の矩形波信号生成回路２１は、リニアアンプＡ１と、加算器ＡＤＤと、全波整流器Ｚと、ヒステリシスコンパレータＨ１と、電圧電流変換器Ｖ／Ｉと、コンデンサＣｘとを備えている。
【００３１】
ホール素子Ｈｕの検出信号（ｕ＋，ｕ−）は、リニアアンプＡ１を介して増幅された後に、加算器ＡＤＤにおいて周波数信号ＦＧと加算される。加算器ＡＤＤによって得られた合成波信号は全波整流器Ｚに入力され、ここから、全波整流信号（Ａ）として出力される。この全波整流信号（Ａ）は、ヒステリシスコンパレータＨ１の一方の入力端子に供給される。
【００３２】
ヒステリシスコンパレータＨ１では、入力された全波整流信号（Ａ）を、コンデンサＣｘに発生する比較信号（Ｂ）と比較し、比較結果を、第２の矩形波信号（ｃ）として出力する。すなわち、全波整流信号（Ａ）＜比較信号（Ｂ）の場合には高論理信号が出力され、この逆の場合には低論理信号が出力される。
【００３３】
ここで、この第２の矩形波信号（ｃ）は、電圧電流変換器Ｖ／Ｉを経て、コンデンサＣｘの充電電流Ｉｃ、放電電流Ｉｄに変換される。すなわち、ヒステリシスコンパレータＨ１から出力される第２の矩形波信号（ｃ）の論理レベルの反転に基づき、コンデンサＣｘの充放電動作が切り換わり、第２の矩形波信号（ｃ）が高論理レベルの時に放電電流Ｉｄが流れ、逆に、低論理レベルの時には充電電流Ｉｃが流れる。
【００３４】
本例では、比較信号（Ｂ）は、ヒステリシスコンパレータＨ１によるヒステリシスが掛かっており、その立ち上がりのヒステリシスが立ち下がりのヒステリシスの２倍となるように設定されている。また、充電電流Ｉｃと放電電流Ｉｄの値がＩｃ＝Ｉｄの関係となるように設定され、比較信号（Ｂ）の電圧上昇率（充電速度）が電圧降下率（放電速度）が同一となっている。この結果、全波整流信号（Ａ）と比較信号（Ｂ）との交差点が、ホール素子から出力された検出信号（ｕ＋，ｕ−）のゼロクロス点ａ（ｎ）から電気角で正負６０度付近に位置し、周波数信号ＦＧのゼロクロス点ｂ（３ｎ−３），ｂ（３ｎ−１）に略一致する。
【００３５】
また、ヒステリシスコンパレータＨ１によるヒステリシスがかかっているので、モータ起動時等のようにホール素子出力に基づく全波整流信号（Ａ）がフラットな波形の場合においても、比較信号（Ｂ）が増減して、第２の矩形波信号（ｃ）を生成することができる。
【００３６】
なお、比較信号（Ｂ）の立ち上がりおよび立ち下がりのヒステリシスを同一とした場合には、充電電流Ｉｃと放電電流Ｉｄの値をＩｃ＝２・Ｉｄの関係となるように設定して、比較信号（Ｂ）の電圧上昇率（充電速度）を電圧降下率（放電速度）の倍にすればよい。このようにしても、全波整流信号（Ａ）と比較信号（Ｂ）との交差点を、ホール素子から出力された検出信号（ｕ＋，ｕ−）のゼロクロス点ａ（ｎ）から電気角で正負６０度付近に位置させることができる。
【００３７】
次に、第２のタイミング信号生成回路であるＤ型フリップフロップＦ１では、上記の比較器Ｃ１から出力される第１の矩形波信号（ａ）と、第２の矩形波信号（ｃ）とに基づき、相互に１８０度位相がずれた第２および第３のタイミング信号（ｄ，ｄ’）が生成される。Ｄ型フリップフロップＦ１におけるデータ入力端子Ｄには、第１の矩形波信号（ａ）が入力され、そのクロック入力端子ＣＬには第２の矩形波信号（ｃ）が入力される。この結果、その正転出力端子Ｑからは、第２のタイミング信号（ｄ）が出力され、その反転出力端子（Ｑ￣）からは、位相が１８０度遅れた第３のタイミング信号（ｄ’）が出力される。
【００３８】
（第１のタイミング信号生成回路２２）
次に、第１のタイミング信号生成回路２２について説明する。この回路２２において、そのホールエッジ生成回路２２１は、第１の矩形波信号（ａ）の立ち上がり時点に対応したパルス出力が現れる立ち上がりエッジ信号（ａ＋）と、その立ち下がり時点に対応したパルス出力が現れる立ち下がりエッジ信号（ａ−）を生成する。また、ＦＧエッジ生成回路２２２では、周波数信号ＦＧを波形成形した信号（ｂ）の立ち上がり時点に対応した立ち上がりエッジ信号（ｂ＋）と、その立ち下がり時点に対応した立ち下がりエッジ信号（ｂ−）を生成する。
【００３９】
また、この第１のタイミング信号生成回路２２のアンド回路ＡＮＤ１には、第１の矩形波信号（ａ）と第２のタイミング信号（ｄ）が供給され、このゲート出力（ｅ）がＤ型フリップフロップＦ２のデータ入力端子Ｄに供給される。このフリップフロップＦ２のクロック入力端子ＣＬＫには周波数信号ＦＧに対応した矩形波信号（ｂ）が供給され、そのリセット端子には第３のタイミング信号（ｄ’）が供給される。この結果、フリップフロップＦ２の出力端子Ｑからは矩形波信号（ｆ）が得られる。アンド回路ＡＮＤ２では、この矩形波信号（ｆ）とＦＧ立ち上がりエッジ信号（ｂ＋）との論理積が取られ、パルス信号ｇが得られる。
【００４０】
同様にして、第１のタイミング信号生成回路２２のアンドゲートＡＮＤ２には、インバータＩＮ１を介して得られる第１の矩形波信号（ａ）の反転信号と、第３のタイミング信号（ｄ’）が供給され、このゲート出力（ｅ’）がＤ型フリップフロップＦ３のデータ入力端子Ｄに供給される。このフリップフロップＦ３のクロック入力端子ＣＬＫには、インバータＩＮ２を介して得られる矩形波信号（ｂ）の反転信号が供給され、そのリセット端子には第２のタイミング信号（ｄ）が供給される。この結果、フリップフロップＦ２の出力端子Ｑからは矩形波信号（ｆ’）が得られる。アンドゲートＡＮＤ４では、この矩形波信号（ｆ’）とＦＧ立ち下がりエッジ信号（ｂ−）との論理積が取られ、パルス信号（ｇ’）が得られる。
【００４１】
このようにして得られたパルス信号（ｇ，ｇ’）は、それぞれノア回路ＮＯＲ１、２を介してラッチ回路２２３に供給される。このラッチ回路２２３からは第１のタイミング信号（ｊ）が得られる。
【００４２】
この第１のタイミング信号生成回路２２による第１のタイミング信号生成動作を更に詳しく説明する。まず、ホール信号と周波数信号が適切なタミングで出力されている状態においては、ホール信号のゼロクロス点ａ（ｎ）（ｎ：１、２、３・・・）に対して、１／３倍の周期の周波数信号ＦＧのゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）がそれぞれ一致する。しかしながら、モータ製作時において、ＦＧパターン１２と、ホール素子Ｈｕの相対位置がずれている場合には、ゼロクロス点ａ（ｎ）と、対応するゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）が一致せずに僅かに前後にずれる可能性がある。図５のホール信号と周波数信号ＦＧの波形は、このように僅かにタイミングがずれた場合のものである。
【００４３】
本例の第１のタイミング信号生成回路２２では、双方の信号にずれが発生している場合には、ホール信号から得られる第１の矩形波信号（ａ）の立ち上がりおよび立ち下がりのタイミングを、周波数信号ＦＧにおける対応するゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）に一致させ、これを、第１のタイミング信号（ｊ）として採用している。
【００４４】
ここで、本例では、フリップフロップＦ２、Ｆ３の正転出力信号（ｆ，ｆ’）に基づき、ホール信号のゼロクロス点ａ（ｎ）に対応する周波数信号ＦＧのゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）よりも一つ手前の当該周波数信号ＦＧのゼロクロス点ｂ（３ｎ−４）が存在するか否かを判別している。換言すると、この時点において周波数信号ＦＧが発生しているか否かを判別する。周波数信号ＦＧが発生している場合には信号（ｆ）には、周波数信号ＦＧのゼロクロス点ｂ（３ｎ−４）からゼロクロス点ｂ（３ｎ−１）までの立ち上がり区間が現れ、従って、この区間内において発生する周波数信号ＦＧのセロクロス点ｂ（３ｎ−２）が、第１のタイミング信号（ｊ）の立ち上がりあるいは立ち下がりのタイミングとして採用される。
【００４５】
このように、本例の第１のタイミング信号生成回路２２では、ホール信号と周波数信号にずれが生じている場合には、ホール信号のゼロクロス点（０度、１８０度）で論理レベルが反転する第１のタイミング信号（ｊ）の反転タイミングを、周波数信号ＦＧのゼロクロス点に一致させるタイミング補正（正規化）を行っている。よって、常に適切な駆動タイミングでモータを駆動することができるので、トルク不足やＩＳＶ特性の悪化等の弊害を回避できる。
【００４６】
ここで、本例の第１のタイミング信号生成回路２２では、上記の構成に加えて、フリップフロップＦ２の反転出力Ｑ￣とホールエッジ立ち下がり信号（ａ−）との論理積（ｈ）を、アンド回路ＡＮＤ５を介して生成している。この信号（ｈ）と上記の信号（ｇ）との論理和の反転出力をノア回路ＮＯＲ１を介して、信号（ｉ）として得ている。同様に、フリップフロップＦ３の反転出力Ｑ￣とホールエッジ立ち上がり信号（ａ＋）との論理積（ｈ’）を、アンド回路ＡＮＤ６を介して生成している。この信号（ｈ’）と上記の信号（ｇ’）との論理和の反転出力をノア回路ＮＯＲ２を介して、信号（ｉ’）として得ている。
【００４７】
すなわち、周波数信号ＦＧが適切な状態で発生していない場合には、第１のタイミング信号（ｊ）として、ホール信号のゼロクロス点ａ（ｎ）で論理レベルが反転する第１の矩形波信号（ａ）と同一の信号がそのまま採用される。本例において周波数信号ＦＧが適切な状態で発生していない場合とは、ホール信号のゼロクロス点ａ（ｎ）に対応する時点では周波数信号が発生していない場合と、この時点では周波数信号が発生してはいるものの当該時点に対応する周波数信号のゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）よりも一つ手前のゼロクロス点ｂ（３ｎ−４）が発生すべき時点で当該周波数信号が発生していない場合を含む。
【００４８】
（合成波信号マスキング回路２３）
次に、図４および図６を参照して、信号生成手段２０における合成波信号マスキング回路２３について説明する。
【００４９】
この回路２３では、第１の矩形波信号（ａ）がインバータＩＮ３を介して反転された後に、アンド回路ＡＮＤ７において、フリップフロップＦ２の正転出力（ｆ）との論理積が取られ、得られた信号（ｌ）がノア回路ＮＯＲ３に入力される。同様に、第１の矩形波信号（ａ）がアンド回路ＡＮＤ８において、フリップフロップＦ３の正転出力（ｆ’）との論理積が取られ、得られた信号（ｌ’）がノア回路ＮＯＲ３に入力される。
【００５０】
信号（ｌ’）は、ホール信号のゼロクロス点ａ（ｋ）（ｋ＝１，３，５・・・）（電気角で０度）から６０度付近（すなわち、周波数信号ＦＧのゼロクロス点ｂ（３ｋ−１））までの区間を規定するものであり、信号（ｌ）は、ホール信号のゼロクロス点ａ（ｍ）（ｍ＝２，４，６・・・）（電気角で１８０度）から６０度付近（周波数信号ＦＧのゼロクロス点ｂ（３ｍ−１））の区間を規定するものである。
【００５１】
一方、第２の矩形波信号（ｃ）の立ち上がりエッジ信号（ｃ＋）が、エッジ生成回路２３１で生成され、ラッチ回路２３２に入力される。また、ホールエッジ生成回路２２１で得られるエッジ信号（ａ＋，ａ−）の論理和の反転出力が、ノア回路ＮＯＲ４を介して得られ、この信号もラッチ回路２３２に入力される。ラッチ回路２３２ではこれらの入力に基づき、０〜１２０度および１８０〜３００度の区間で立ち上がる矩形波信号（ｋ）が得られる。
【００５２】
この矩形波信号（ｋ）と、上記のノア回路ＮＯＲ３の出力信号の論理積が、アンド回路ＡＮＤ９で取られ、この結果、６０〜１２０度および２４０〜３００度の区間で立ち上がるマスキング信号（ｍ）が得られる。
【００５３】
ここで、本例では、このマスキング信号（ｍ）の出力を制御するための制御回路２３３を備えている。この制御回路２３３は、２個のＤ型フリップフロップＦ４、Ｆ５から構成されている。双方のフリップフロップＦ４、Ｆ５のクロック入力端子ＣＬＫには第２の矩形波信号（ｃ）が入力され、それらのリセット端子Ｒには周波数信号ＦＧの発生中において得られる第１のタイミング信号（ｊ）の立ち上がりおよび立ち下がりのタイミングを規定するためのパルス信号（ｎ）がオア回路ＯＲを介して入力される。また、前段側のフリップフロップＦ４の正転出力（ｏ）が後段側のフリップフロップＦ５のデータ入力端子に入力され、この後段側のフリップフロップＦ５の反転出力（ｐ）が制御信号として出力される。
【００５４】
前段のフリップフロップＦ４の正転出力（ｏ）はリセット端子に入力されるパルス信号（ｎ）によって立ち下がり、クロック端子に入力される第２の矩形波信号（ｃ）によって立ち上がる。従って、リセット入力が無い場合、すなわち、周波数信号ＦＧが発生していない場合には、信号（ｏ）は立ち上がった状態のまま保持される。この結果、後段側のフリップフリップＦ５の反転出力である制御信号（ｐ）は、クロック入力によって立ち下がった状態のままとなる。
【００５５】
このように、制御信号（ｐ）は周波数信号ＦＧが発生している間は高論理に保持され、周波数発生信号ＦＧが発生していない場合には、低論理に保持される。よって、マスキング信号（ｍ）は、制御信号（ｐ）が高論理の場合にのみ、アンド回路ＡＮＤ１０を介して信号（ｑ）としてそのまま出力されるが、制御信号が低論理の場合には出力されない。
【００５６】
この信号（ｑ）は、第２の矩形波信号生成回路２１におけるアンド回路ＡＮＤ１１に入力される。このアンド回路ＡＮＤ１１の他方の入力は全波整流器Ｚからの出力Ａである。従って、周波数信号ＦＧが発生している間は、このホール信号と周波数信号の合成波信号Ａは、その６０度〜１２０度の区間、２４０〜３００度の区間以外の区間が制御信号（ｑ）によってマスキングされる。
【００５７】
このように本例では合成波信号マスキング回路２３を備えているので、ホール信号と周波数信号を合成した合成波信号Ａに基づき、ホール信号のゼロクロス点を３分割した時点で論理レベルが反転する第２の矩形波信号（ｃ）を生成する場合に、ヒステリシスコンパレータＨ１において比較対象とされる区間以外の区間の合成波信号Ａがマスキングされる。よって、合成波信号Ａの波形が意図しない区間で増長されていたとしても、それによって、第２の矩形波信号（ｃ）の反転時点が変動してしまうことがない。このため、常に、適切な駆動タイミングでモータを駆動することが可能になる。
【００５８】
また、周波数信号ＦＧが発生していない場合には、このようなマスキングは不要であるので、制御信号（ｑ）によってマスキング動作が阻止される。この場合には、ホール信号の全波整流信号に基づき、第２の矩形波信号（ｃ）が生成されることになる。
【００５９】
（信号合成回路３０）
このようにして得られた第１〜第３のタイミング信号（ｊ，ｄ，ｄ’）は、信号合成回路３０に供給される。信号合成回路３０では、これらの信号に基づき、図７に示すようなスイッチング通電信号（Ｄ１〜Ｄ６）を合成して出力する。
【００６０】
信号合成回路３０によって合成されたスイッチング通電信号（Ｄ１〜Ｄ６）は、駆動回路４０を構成している出力パワートランジスタＴ１〜Ｔ６それぞれのオンオフ制御信号として出力される。この結果、ブラシレスモータ１の３相の駆動コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗにソース・シンクの往復電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが流れる。これにより、連続トルクが発生して、ロータアセンブリ４が回転する。
【００６１】
なお、図７には、３相駆動コイルに発生する誘導起電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗと、電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとのタイミング的な位置関係も併せて示してある。
【００６２】
（その他の実施の形態）
なお、以上の各例においては、ロータ位置検出用のセンサとしてホール素子を用いているが、その他の磁気センサ、例えばＭＲ素子等を用いることもできる。また、光学センサ等の別の検出形態のセンサを用いることもできる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、単一の位置検出素子からの位置検出信号と、周波数信号とを合成して得られる合成波信号に基づき３相のブラシレスモータの１２０度スイッチング通電を行う駆動制御装置において、位置検出信号のゼロクロス点ａ（ｎ）の発生タイミング（０度および１８０度）に基づき得られる第１のタイミング信号のタイミングを、周波数信号ＦＧの対応するゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）に一致させるようにしている。従って、本発明によれば、位置検出信号と周波数信号のタイミングが相互にずれていることに起因したトルク不足、ＩＳＶ特性の悪化等の弊害を回避できる。
【００６４】
また、本発明では、周波数信号ＦＧのゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）よりも一つ手前のゼロクロス点ｂ（３ｎ−４）が発生していない場合（この時点で周波数信号が発生していない場合）には、上記のようなタイミング補正を行わないようにしている。従って、正常に発生している周波数信号のみを用いることができるので、モータの駆動タイミングの制御を常に適切に行うことができる。
【００６５】
さらに、本発明では、位置検出信号と周波数信号を合成した合成波信号に基づき、６０度、１２０度、２４０度および３００度で論理レベルが反転する第２の矩形波信号を生成するに当たり、６０度〜１２０度の区間、および２４０度〜３００度の区間以外の区間の合成波信号をマスキングし、必要区間の合成波信号のみを用いるようにしている。従って、位置検出信号の振幅状態、周波数信号の振幅状態、これらの信号の位相関係によって、意図しないタイミングでの波形が増長されたとしても、それが、モータの駆動タイミングに悪影響を及ぼすといった弊害を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用したＦＤＤスピンドルモータの機械的構成を示す概略平面図および概略半断面図である。
【図２】図１のモータにおけるロータマグネットの磁極と、コアと、ホール素子の位置関係を示す展開図である。
【図３】図１のモータの駆動制御装置の制御系の主要部分を示す概略ブロック図である。
【図４】図３の信号生成手段の回路ブロック図である。
【図５】図１のモータの駆動制御装置における第１のタイミング信号生成回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】図１のモータの駆動制御装置における合成波信号マスキング回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】図１のモータの駆動制御装置における１２０度スイッチング通電信号を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ ブラシレスモータ
２ 回路基板
３ ステータアセンブリ
４ ロータアセンブリ
４３ ロータマグネット
４３ａ 駆動用着磁部
４３ｂ 信号用着磁部
４３ｃ ホール素子用着磁部
Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ 駆動コイル
１０ 駆動制御装置
２０ 信号生成手段
２１ 第２の矩形波信号生成回路
２２ 第１のタイミング信号生成回路
２３ 合成波信号マスキング回路
３０ 信号合成回路
４０ 駆動回路
Ｈｕ ホール素子
Ｃ１ 比較器（第１の矩形波信号生成回路）
Ｚ 全波整流器
Ｈ１ ヒステリシスコンパレータ
Ｖ／Ｉ 電圧電流変換器
Ｃｘ コンデンサ
Ｆ１ フリップフロップ（第２のタイミング信号生成回路）
ｕ＋，ｕ− ホール信号
ＦＧ 周波数信号
Ａ 全波整流信号
Ｂ 比較信号
ａ 第１の矩形波信号
ｃ 第２の矩形波信号
ｄ，ｄ’ 第２、第３のタイミング信号
ｊ 第１のタイミング信号
ａ（ｎ） ホール信号のゼロクロス点
ｂ（３ｎ−２） 周波数信号におけるホール信号のゼロクロス点に対応するゼロクロス点

Claims (8)

1. 単一の位置検出素子から得られるロータ回転位置に対応する略正弦波状の位置検出信号に基づき、ステータとロータの相対的位置関係に応じた３相の第１乃至第３のタイミング信号を生成し、これらのタイミング信号に基づき３相の１２０度スイッチング通電を行うブラシレスモータの駆動制御装置であって、
   前記ロータの回転に伴って前記位置検出信号の１／３倍の周期で略正弦波状の周波数信号を発生する周波数発生手段と、
   前記位置検出信号のゼロクロス点ａ（ｎ）（ｎ：正の整数）で論理レベルが反転する前記第１のタイミング信号を生成する第１のタイミング信号生成回路と、
   前記位置検出信号のゼロクロス点から正負６０度付近で論理レベルが反転する矩形波信号を生成する矩形波信号生成回路と、
   前記矩形波信号と前記第１のタイミング信号に基づき、当該第１のタイミング信号に対して、それぞれ６０度および２４０度位相がずれた前記第２および第３のタイミング信号を生成する第２のタイミング信号生成回路とを有し、
   前記第１のタイミング信号生成回路は、前記位置検出信号のゼロクロス点ａ（ｎ）と前記周波数信号における対応するゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）との間にずれがある場合には、前記第１のタイミング信号の論理レベルが反転する時点を当該周波数信号のゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）に一致させるタイミング補正を行うことを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。
2. 請求項１において、
   前記第１のタイミング信号生成回路は、前記周波数信号のゼロクロス点ｂ（３ｎ−４）が存在しない場合には、前記のタイミング補正を行わないことを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。
3. 請求項１または２において、
   更に、前記位置検出信号と前記周波数信号を重畳して得られる合成波信号に対し、前記位置検出信号におけるゼロクロス点の前後６０度の区間をマスキングする合成波信号マスキング回路を有しており、
   前記矩形波信号生成回路は、マスキングされた後の前記合成波信号に基づき前記矩形波信号を生成することを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。
4. 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
   前記位置検出素子は、前記ロータに形成した駆動用着磁部の磁界の変化を検出して正負一対の略正弦波状の前記位置検出信号を出力するホール素子であることを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。
5. 請求項４において、
   前記周波数発生手段は、前記ロータに形成された信号用着磁部と、前記ステータに形成された周波数検出器とを有しており、前記信号用着磁部は、前記駆動用着磁部の磁極の３倍の磁極が形成された信号用着磁部を備え、前記周波数検出器は、前記信号用着磁部による磁界の変化を検出するものであることを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。
6. 請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、
   前記矩形波信号生成回路は、信号合成回路と、全波整流器と、ヒステリシスコンパレータと、電圧電流変換器と、コンデンサとを備えており、
   前記信号合成回路は、前記位置検出信号に前記周波数信号を重畳して前記合成波信号を形成するものであり、
   前記全波整流器は前記合成波信号を全波整流して全波整流信号を生成するものであり、
   前記電圧電流変換器は、前記ヒステリシスコンパレータから出力される前記第２の矩形波信号の論理レベルの反転に基づき、前記コンデンサの充放電動作を切り換えるものであり、
   前記コンデンサの充放電動作によって比較信号が生成され、前記ヒステリシスコンパレータにより、前記全波整流信号が前記比較信号と比較されて、前記矩形波信号が出力されるようになっていることを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。
7. 単一の位置検出素子から得られるロータ回転位置に対応する略正弦波状の位置検出信号に基づき、ステータとロータの相対的位置関係に応じた３相の第１乃至第３のタイミング信号を生成し、これらのタイミング信号に基づき３相の１２０度スイッチング通電を行うブラシレスモータの駆動制御装置であって、
   前記ロータの回転に伴って前記位置検出信号の１／３倍の周期で略正弦波状の周波数信号を発生する周波数発生手段と、
   前記位置検出信号のゼロクロス点ａ（ｎ）（ｎ：正の整数）で論理レベルが反転する前記第１のタイミング信号を生成する第１のタイミング信号生成回路と、
   前記位置検出信号のゼロクロス点から正負６０度付近で論理レベルが反転する矩形波信号を生成する矩形波信号生成回路と、
   当該矩形波信号と前記第１のタイミング信号に基づき、当該第１のタイミング信号に対して、それぞれ６０度および２４０度位相がずれた前記第２および第３のタイミング信号を生成する第２のタイミング信号生成回路と、
   前記位置検出信号と前記周波数信号を重畳して得られる合成波信号におけるゼロクロス点の前後６０度の区間をマスキングする合成波信号マスキング回路を有しており、
   前記矩形波信号生成回路は、マスキングされた後の前記合成波信号に基づき前記矩形波信号を生成することを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。
8. 単一の位置検出素子から得られるロータ回転位置に対応する略正弦波状の位置検出信号に基づき、ステータとロータの相対的位置関係に応じた３相の第１乃至第３のタイミング信号を生成し、これらのタイミング信号に基づき３相の１２０度スイッチング通電を行うブラシレスモータの駆動制御装置であって、
   前記ロータの回転に伴って前記位置検出信号の１／３倍の周期で略正弦波状の周波数信号を発生する周波数発生手段と、
   前記位置検出信号のゼロクロス点ａ（ｎ）（ｎ：正の整数）に対応する前記周波数信号のゼロクロス点ｂ（３ｎ−２）で論理レベルが反転する前記第１のタイミング信号を生成する第１のタイミング信号生成回路と、
   前記位置検出信号のゼロクロス点から正負６０度付近で論理レベルが反転する矩形波信号を生成し、当該矩形波信号と前記第１のタイミング信号に基づき、当該第１のタイミング信号に対して、それぞれ６０度および２４０度位相がずれた前記第２および第３のタイミング信号を生成する第２のタイミング信号生成回路とを有することを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。

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